CC BY
188
УДК 616.13-004.6-616.379-008.64-577.158-541.43
КАРБОНИЛЬНЫЙ СТРЕСС И МОДИФИКАЦИЯ ЛИПОПРОТЕИДОВ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ: ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ И ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
1Вадим Зиновьевич ЛАНКИН, 1Алла Карловна ТИХАЗЕ, 1Елена Михайловна КУМСКОВА, 1Галина Георгиевна КОНОВАЛОВА, 1Татьяна Николаевна ВЛАСИК, 2Маргус ВИИГИМАА
ФГУ «РКНПК Росмедтехнологий», Москва 2Таллиннский технический Университет, Таллинн, Эстония
Обнаружены различия в скорости образования шиффовых оснований при взаимодействии лизиновых остатков апоВ-100 ЛНП с низкомолекулярными альдегидами, образующимися при свободнорадикальном окислении ЛПН (малоновый диальдегид - МДА) или автоокислении глюкозы (глиоксаль - ГЛ, ме-тилглиоксаль - МГЛ), причем при медь-зависимом перекисном окислении ЛНП добавление глюкозы в среду инкубации приводило к значительной стимуляции процесса. Показано, что антигенные свойства МДА-модифицированных ЛНП отличаются от ГЛ-модифицированных и МГЛ-модифицированных ЛНП, причем МДА-модифицированные ЛНП обладают меньшей электрофоретической подвижностью, чем ГЛ-модифицированные и МГЛ-модифицированные ЛНП. Выявлена сильная положительная корреляция между уровнем МДА-модифицированных ЛНП и содержанием общего холестерина и холестерина ЛНП в крови пробандов с постинфарктным кардиосклерозом (г=0,82 и г=0,83 соответственно, р<0,05). Обсуждается возможность использования анализа уровня МДА-модифицированных ЛНП в качестве диагностического и прогностического теста.
Ключевые слова: модифицированные ЛНП, окислительный стресс, карбонильный стресс, атеросклероз. сахарный диабет
Свободнорадикальное окисление липидов при атеросклеротической гиперлипидемии (окислительный стресс), также как автоокисление глюкозы при диабетической гипергликемии, сопровождается накоплением карбонильных соединений (карбонильный стресс) [1-4]. В процессе гомолиза липо-гидропероксидов образуются 4-гидроксиноненаль и малоновый диальдегид (МДА), тогда как в процессе автоокисления глюкозы образуются преимущественно такие альдегиды как глиоксаль (ГЛ), метилглиоксаль (МГЛ) и 3-дезоксиглюкозон [1-4]. Высокореактивные карбонилы способны взаимодействовать с лизиновыми остатками апопротеина В-100, что сопровождается модификацией структуры циркулирующих в кровотоке липопротеидов низкой плотности (ЛНП) и их усиленным захватом макрофагами стенки сосуда с последующей трансформацией в так называемые «пенистые клетки» [1, 3]. Кластеризующиеся «пенистые клетки» образуют зону липоидоза в стенке сосуда (липидные полоски), что рассматривается как начальная стадия атероге-неза [1, 3].
Целью настоящей работы было сравнительное исследование эффективности процесса модификации ЛНП под действием различных низкомолекулярных альдегидов (МДА, ГЛ, МГЛ).
ЛНП выделяли из объединенных образцов плазмы крови практически здоровых людей при помощи модифицированного метода дифференциального ультрацентрифугирования в градиенте №Вг [2].
Полученные ЛНП инкубировали в изотоническом фосфатном буфере рН 7,2 , содержащем экви-молярные концентрации МДА, ГЛ и МГЛ (1 мкмоль альдегида/100 мкг апоВ). Электрофорез модифицированных ЛНП проводили в ПААГ (6 % концентрирующий, 12 % разделяющий гели); накопление шиффовых оснований (сшивок) в ЛНП при взаимодействии с карбонилами определяли в максимумах спектров флуоресценции (при ^ех=350 пт, А,ет=430 пт для ГЛ и МГЛ, либо при ^ех=425 пт, ^ет=470 пт для МДА). Кинетику свободнорадикального окисления ЛНП исследовали в фосфатном буфере в присутствии 30 мкМ CuSO4 по образованию диеновых конъюгатов (ДD233). Уровень окисленных (МДА-
Ланкин В.З. - д.б.н., профессор, руководитель лаб. биохимии свободнорадикальных процессов
Тихазе А.К. - д.м.н., профессор, вед. науч. сотр. лаб. биохимии свободнорадикальных процессов
Кумскова Е.М. - м. н. с. лаб. биохимии свободнорадикальных процессов, e-mail: elena [email protected]
Коновалова Г.Г. - к.б.н., ст. науч. сотр. лаб. биохимии свободнорадикальных процессов
Власик Т.Н. - к.б.н., руководитель лаб. клеточной инженерии
Вигимаа М. - д.м.н., профессор, руководитель медицинского отделения
0,115
0 10 20 30 40 50 60 70 80
КОНЦЕНТРАЦИЯ ГЛЮКОЗЫ, мМ
Рис.1. Зависимость окисляемости ЛНП в присутствии меди от концентрации глюкозы
модифицированных) ЛНП в сыворотке крови про-бандов определяли с помощью тест-наборов фирмы Mercodia (Швеция); содержание МДА - по реакции с 2-тиобарбитуровой кислотой, 2-ТБК (точнее, уровень продуктов, реагирующих с 2-ТБК - ПР-ТБК) без предварительного осаждения белков.
Полученные результаты свидетельствуют о значительном увеличении окисляемости (1/т, где т - продолжительность периода индукции на кинетических кривых) ЛНП в присутствии глюкозы, причем окисляемость ЛНП прогрессивно возрастала в диапазоне концентраций 25-50 мМ, соответствующих диабетической гипергликемии (рис. 1). Таким образом, проведенные исследования доказывают возможность стимуляции свободнорадикального окисления полиеновых липидов ЛНП в присутствии глюкозы вследствие усиления инициирования процесса ее автоокисления образующимися липидными радикалами.
При исследовании взаимодействия низкомолекулярных альдегидов с апоВ-100 в ЛНП было показано, что флуоресцирующие шиффовы основания с наибольшей скоростью образуются при инкубации ЛНП с МДА, тогда как при инкубации ЛНП с ГЛ и, особенно с МГЛ, скорость накопления флуоро-форов была значительно меньше (рис. 2). В соответствии с этим, при исследовании электрофоретического поведения альдегид-модифицированных ЛНП было обнаружено, что по сравнению с нативными (немодифицированными) ЛНП, которые входят в ПААГ полностью, практически все МДА-модифицированные ЛНП остаются на старте, тогда как ГЛ-модифицированные ЛНП и МГЛ-модифицированные ЛНП входят в гель на 35 % и 44 % соответственно. Исходя из этих данных мож-
5 10 15 20 25 30
ВРЕМЯ, Ч
Рис.2. Изменение интенсивности флуоресценции при инкубации ЛНП с различными дикарбонилами: 1- ГЛ; 2 -МГЛ; 3 - МДА
но полагать, что МДА способствует усиленному образованию внутримолекулярных и, возможно, межмолекулярных сшивок в молекулах апоВ-100, тогда как при взаимодействии апопротеина ЛНП с ГЛ и МГЛ этот процесс протекает менее интенсивно. В то же время, как показано нами, ГЛ- и МГЛ-модифицированные ЛНП подвержены спонтанной агрегации в значительно большей степени, чем МДА-модифицированные ЛНП [2, 4]. Кроме того, было обнаружено, что при взаимодействии аминогруппы лизина с альдегидной группой МГЛ, но не МДА, может происходить заметное генерирование супероксидного анион-радикала, регистрируемое в отсутствии СОД как по восстановлению синего ни-тротетразолия, так и по люцегинин-зависимой хе-милюминесценции [2, 4, 5].
Следует отметить, что нами выявлены также существенные различия в антигенных свойствах альдегид-модифицированных ЛНП. Так, полученные нами моноклональные антитела к МДА-модифицированным ЛНП эффективно связывались с ЛНП, инкубированными in vitro с МДА, но абсолютно не связывались с ЛНП, инкубированными с ГЛ или МГЛ. Представленные данные свидетельствуют о существенных различиях в эффективности модификации ЛНП под действием МДА, ГЛ и МГЛ, причем нами показано, что любая альдегид-зависимая модификация ЛНП резко усиливает их захват культивируемыми макрофагами человека моноцитарного происхождения [2, 4].
Таким образом очевидно, что альдегид-зависимая модификация ЛНП может играть важную роль в возникновении и прогрессировании повреждений стенки сосудов при атеросклерозе и сахарном диабете. Подтверждением этому являются
данные, полученные нами при эпидемиологическом обследовании жителей города Таллинна (Эстония) мужского пола в возрасте 49±11 лет. При анализе репрезентативной выборки (п=348) была выявлена сильная положительная корреляция между уровнем МДА-модифицированных ЛНП в сыворотке крови пробандов и биомаркерами атеросклероза - уровнями общего холестерина и холестерина ЛНП (г=0,68 и г=0,72 соответственно, р<0,05), причем у пробандов с диагностированным постинфарктным кардиосклерозом корреляционная связь между содержанием МДА-модифицированных ЛНП и уровнями общего холестерина и холестерина ЛНП была еще выше (г=0,82 или г=0,83 соответственно, р<0,05).
Важно отметить, что у больных сахарным диабетом типа 2 корреляционная связь между исследованными параметрами была значительно ниже, а корреляция между уровнем МДА-модифицированных ЛНП и стационарной концентрацией МДА (ПР-ТБК) практически отсутствовала. Исходя из этого можно сделать вывод, что у больных сахарным диабетом типа 2 в крови присутствуют ЛНП с антигенными свойствами, отличными от МДА-модифицированных (вероятно, ГЛ-модифицированные и МГЛ-модифицированные ЛНП), причем далеко не все молекулы МДА в плазме крови способны взаимодействовать с апоВ-100 ЛНП. Представляется вероятным, что значительная часть МДА в кровотоке может быть связана другими белковыми молекулами, прежде всего сывороточным альбумином. Можно полагать также, что моноклональные антитела к альдегид-модифицированным ЛНП могут быть использованы при разработке новых тест-систем для селективной высокочувствительной экспресс-диагностики атеросклероза и сахарного диабета.
Литература
1. Меньщикова Е.Б., Зенков Н.К., Ланкин В.З. и др. Окислительный стресс. Патологические состояния и заболевания. Новосибирск: АРТА, 2008. 283 с.
Menschikova E., Zenkov N., Lankin V.et al. Oxidative stress. Pathological states and diseases. Novosibirsk: ARTA, 2008. 283 p.
2. Ланкин В.З., Тихазе А.К., Капелько В.И.и др. Механизмы окислительной модификации липопротеидов низкой плотности при окислительном и карбонильном стрессах // Биохимия. 2007. 72(10):1330—1341.
Lankin V., Tikhaze A., Kapelko V.et al. Mechanisms of oxidative modification of low density lipoproteins under conditions of oxidative and carbonyl stresses // Biochemistry (Moscow). 2007. 72(10): 1330-1341.
3. Ланкин В.З., Тихазе А.К., Кумскова Е.М. Особенности модификации липопротеидов низкой плотности в развитии атеросклероза и сахарного диабета типа 2 // Кардиологич. вестн. 2008. 3(1): 60-67.
Lankin V., Tikhaze A., Kumskova E. Modification of low-density lipoproteins in the development of atherosclerosis and type 2 diabetes mellitus // Cardiol. Bull. 2008. 3(1): 60-67.
4. Ланкин В.З., Тихазе А.К., Шумаев К.Б. и др. Окислительная модификация липопротеидов низкой плотности при окислительном и карбонильном стрессах // Сборник докл. и тез. Всерос. конф. молодых ученых и 3-й школы им. акад. Н.М. Эммануэля «Окисление, окислительный стресс, антиоксиданты». М.: изд-во РУДН, 2008. 80-98.
Lankin V., Tikhaze A., Shumaev K et al. Oxidative modification of low density lipoproteins under oxidative and carbonyl stresses // Reports and thesa for All-Russian conference of young scientists and Emmanuel’s 3rd school “Oxidation, oxidative stress and antioxidants”. M.: PFUR Publishers, 2008. 80-98.
5. Шумаев К.Б., Губкина С.А., Кумскова Е.М. и др. Механизм образования супероксидного радикала при взаимодействии L-лизина с дикарбонильными соединениями // Биохимия. 2009. 74(4): 568-574.
Shumaev K., Gubkina S., Kumskova E. et al. Superoxide formation as a result of interaction of L-lysine with dicarbonyl compounds and its possible mechanism // Biochemistry (Moscow). 2009. 74(4): 566-574.
CARBONYL STRESS AND LOW DENSITY LIPOPROTEIN MODIFICATION: PATHOPHYSILOGICAL AND DIAGNOSTIC IMPORTANCE
‘Vadim Zinov’evich LANKIN, ‘Alla Karlovna TIKHAZE, ‘Elena Mihailovna KUMSKOVA, ‘Galina Georgievna KONOVALOVA, ‘Tatyana VLASIK, 2Margus VIIGIMAA
Cardiology Research Complex, Moscow, Russia 2Technical University, Tallinn, Estonia
It is observed the differences in rate of Schiff bases formation under interaction between lysine residues of apoB-100 LDL and low-molecular-weight aldehydes which formed during free radical lipoperoxidation of LDL (malondialdehyde - MDA) or autooxidation of glucose (glyoxal - GL, methylglyoxal - MGL). During copper-mediated LDL peroxidation the addition of glucose in incubation media lead to sufficient stimulation of LDL oxidation. It was shown that antigenic properties of MDA-modified LDL is different from GL-modified and MGL-modified LDL . We
found that MDA-modified LDL have lower electrophoretic mobility than MG-modified and MGL-modified LDL. It was indicated the strong positive correlation between levels of MDA-modified LDL and total cholesterol as well as LDL cholesterol in blood of patients with postinfarct cardiosclerosis (r=0,82 and r=0,83 correspondently, p<0,05). It is discussed the possibility of MDA-modified LDL analyses as diagnostic and prognostic biomarker.
Key words: modified LDL, oxidative stress, carbonyl stress, atherosclerosis, diabetes mellitus
Lankin V.Z. - Doct. Biol. Sci., professor, head of lab. for free radical research Tikhaze A.K. - Doct. Med. Sci., professor, leading researcher of lab. for free radical research Kumskova E.M. - junior scientist of lab. for free radical research, e-mail: elena [email protected] Konovalova G.G. - Cand. Biol. Sci., senior researcher of lab. for free radical research Vlasik T.N. - Cand. Biol. Sci., Head of lab. for bioengineering Research Viigimaa M. - Doct. Med. Sci., professor, Head of medical department
УДК 612.424:613.693:615.471
МАГНИТОЭНЦЕФАЛОГРАФ ИНДУКЦИОННЫЙ ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТОПИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ЗАБОЛЕВАНИЙ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ
Юрий Альбертович ЛЕБЕДЕВ, Геннадий Анатольевич ШАБАНОВ,
Александр Алексеевич РЫБЧЕНКО
Международный научно-исследовательский центр «Арктика» ДВО РАН, Владивосток - Магадан
Для исследования диффузной электрической активности неспецифической активирующей системы мозга был использован способ регистрации слабых магнитных полей с помощью индукционных катушек. В работе показано, что глобальная магнито-электрическая активность мозга содержит ритмические компоненты, связанные с деятельностью интерорецепторов внутренних органов. Обсуждаются вопросы регистрации частотных и пространственных координат очага патологически усиленного возбуждения, оценки функции внутреннего органа, определения стадии воспалительного процесса. Обсуждаются вопросы разработки магнитоэнцефалографа индукционного для диагностики заболеваний внутренних органов.
Ключевые слова: активирующая система мозга, осцилляторная модель, слабые магнитные поля, электрическая активность мозга, индукционные катушки
Проблема оценки и прогноза текущего состояния индивидуального здоровья, контроль над изменением его уровней, коррекции психофизиологических нарушений и выраженных дисфункций приобретает все большее значение в целом, и особенно, для лиц, деятельность которых требует большого психоэмоционального, физического напряжения, являющегося риск-фактором нарушений жизненно важных функций. Поэтому так важен донозологи-ческий подход к оценке здоровья, так как с его помощью могут быть выявлены начальные, еще обратимые изменения в организме, вызванные неблагоприятными воздействиями окружающей среды или длительным профессиональным стрессом. Однако, несмотря на очевидную актуальность данной про-
блемы, удовлетворительного решения ее на сегодняшний день пока нет.
В лаборатории экологической нейрокибернетики МНИЦ «Арктика» ДВО РАН разработан магни-тоэнцефалограф индукционный, который позволит реализовать диагностику заболеваний внутренних органов человека на основе регистрации и анализа ритмической активности головного мозга. Появляется возможность проводить системный анализ целостной деятельности организма, функциональнотопическую диагностику выраженных дисфункций и заболеваний внутренних органов на ранних стадиях.
Нами последовательно разрабатывается представление об активирующей системе мозга (АС) как
Лебедев ЮА. - вед. математик лаб. экологической нейрокибернетики Шабанов Г.А. - к.б.н., ст. науч. сотр. лаб. экологической нейрокибернетики
Рыбченко А.А. - д.т.н., профессор, зав. лаб. экологической нейрокибернетики, е-таИ: [email protected]
